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De la présentation du modèle de l’atome artificiel à la mise à jour successive de ces limites, c’est finalement toute la richesse de la physique des semiconducteurs que nous avons retrouvée et parcourue dans ce mémoire. Une boîte quantique de semiconducteurs constitue certes un système modèle en physique du solide, où le confinement tri-dimensionnel des porteurs nous entraîne naturellement à rechercher des analogies avec la physique atomique et l’optique quantique. Si cette démarche intellectuelle s’est montrée très fructueuse, il est cependant réducteur, et souvent faux, de limiter les propriétés électroniques et optiques d’une boîte quantique à celle d’un système isolé, comparable à un atome artificiel. La simple discrétisation des états électroniques ne permet pas de se ramener au problème équivalent d’un macro-atome. La variété des effets de l’environnement que nous avons contribué à mettre à jour illustre le rôle fondamental de la matrice, tant d’un point de vue structural sur les symétries de la boîte quantique à des échelles micro- et méso-scopiques, que d’un point de vue dynamique sur les mécanismes de relaxation impliquant les phonons ou les charges au voisinage de la boîte quantique.

Pour les recherches futures sur les boîtes quantiques, la perspective la plus intéressante consiste probablement en une inversion de la logique qui vise à extraire les aspects de la physique des boîtes quantiques qui sont conformes à la vision simplificatrice du modèle de l’atome artificiel. C’est de la compréhension profonde de la complexité des phénomènes mis en jeu dans ce système de matière condensée que pourront émerger des stratégies de fabrication et de préparation d’une boîte quantique en vue d’en faire un système maîtrisé et contrôlable.

Un certain nombre de travaux se placent dans cette perspective. Le contrôle de la charge dans une boîte quantique unique placée dans une jonction Schottky permet de modifier la structure fine de l’état fondamental et l’annulation de l’interaction coulombienne d’échange dans une boîte quantique de symétrie ré-duite, en fonction de la tension de grille, constitue un résultat tout à fait remar-quable [81]. Sur des ensembles de boîtes quantiques insérées dans une jonction Schottky, la combinaison de séquences de pompage optique et de séparation des électrons et des trous à l’aide de la tension de grille a montré la possibilité de stocker un électron polarisé de spin sur des échelles de temps de l’ordre de la ms, en ayant recours à un champ magnétique qui lève la dégénérescence des états brillants [122]. Enfin, la démonstration récente de l’insertion d’un ion manganèse unique dans une boîte quantique de semiconducteurs II-VI ouvre la possibilité de contrôler le spin d’un atome unique par des techniques d’orientation optique [123]. Dans un autre registre, le contrôle de l’environnement électromagnétique d’une boîte quantique placée dans une microcavité permet, grâce à l’effet Purcell, de diminuer le temps de vie radiatif et ainsi d’abaisser la contribution relative des mécanismes de déphasage [83]. L’extension de ces idées à la densité des modes

de phonon pourrait conduire à un contrôle de l’interaction électron-phonon, à l’aide de nano-résonateurs mécaniques dans lesquels seraient placées les boîtes quantiques. Tous ces exemples illustrent le lien de plus en plus étroit entre na-nophysique et nanotechnologie, où les efforts réalisés dans la préparation du sys-tème {boîte quantique+environnement} permettent d’étudier un syssys-tème modèle simple, et en quelque sorte de s’approcher de la situation limite d’un atome arti-ficiel.

La réduction de l’efficacité des processus de décohérence semble particulière-ment importante dans le cas d’une excitation résonante de l’état fondaparticulière-mental. Nous explorons actuellement la possibilité de réaliser des expériences de fluores-cence résonante sur une boîte quantique unique par une excitation en onde guidée. Dans ce cas, l’enjeu est de bénéficier des techniques de l’optique ultra-rapide pour manipuler de manière cohérente avec des impulsions femtosecondes les états de la boîte quantique sur des échelles de temps de l’ordre de la ns. Là-encore, les na-notechnologies sont indispensables dans la mesure où ces expériences nécessitent la fabrication d’échantillons spécifiques et nanostructurés. Par ailleurs, l’insertion des boîtes quantiques dans des nanocavités à base de cristaux photoniques est une autre variante de l’utilisation des potentialités de l’optique guidée pour ma-nipuler de manière cohérente les boîtes quantiques. La technologie des cristaux photoniques permet par ailleurs d’atteindre des facteurs de qualité de l’ordre de quelques 105 qui devrait élargir le champ d’investigation du contrôle cohérent au régime de couplage fort [6].

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